[論文レビュー] Is the magnetic field making the inner crust of neutron stars more heterogeneous?

Jianjun Fang, Sidney S. Avancini+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、10^15–10^17 Gの強い磁場が、相対論的平均場モデルとランダウ準位化を用いた中性子星内部 crust の動的不安定性および不均一性に与える影響を調査する。磁場によりバンド状の不連続なスピンodal構造が誘発され、crust の延長と陽子を多く含むクラスター形成が促進される。特に対称性エネルギーの剛性が高い場合、パスタ相のみによる予想を上回る物質の不均一性が生じる。

ABSTRACT

We study the effect of strong magnetic fields, of the order of $10^{15}-10^{17}$ G, on the extension of the crust of magnetized neutron stars. The dynamical instability region of neutron-proton-electron ($npe$) matter at subsaturation densities and the mode with the largest growth rate are determined within a relativistic mean field model. It is shown that a strong magnetic field has a large effect on the instability region, defining the crust-core transition as a wide density range.

研究の動機と目的

• 強い磁場が中性子星内部crust物質の動的不安定性およびcrust-core遷移に与える影響を調査すること。
• 磁場がクラスター化物質の形成および磁化された中性子星におけるcrustの延長に与える影響を特定すること。
• 対称性エネルギーの剛性が、磁場の影響による物質の不均一性およびクラスター構造に与える調節役割を評価すること。
• 磁場が、孤立X線パulsarの観測で示唆されたように、抵抗性で非晶質な層を形成する可能性があるかどうかを調査すること。
• crustの不均一性が高まることによる、中性子星のグルーチメカニズムおよび電子輸送特性への影響を評価すること。

提案手法

• 飽和密度未満の密度における中性子・陽子・電子系を記述するため、Vlasov形式を用いた相対論的平均場（RMF）モデルを採用する。
• 核子の異常磁気モーメント（AMM）および強い磁場（B = 10^15–10^17 G）におけるランダウ準位化の効果を含める。
• 静的磁場を仮定した凍結場近似を用い、磁場をz軸に沿わせる（B = Bẑ）ものとし、縦方向集団モードを解く。
• 自由エネルギーの曲率を用いてスピンodal面を計算し、動的不安定領域を特定する。
• 非均一相におけるクラスターのサイズおよび陽子含有量を推定するため、不安定モードの最大増幅率を計算する。
• クラスターの組成および不均一性を評価するため、陽子・中性子密度ゆらぎ比を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い磁場は、中性子星内部crust物質における動的不安定領域をどのように変化させるか？
• RQ2 磁場は、crustの延長および均一物質への遷移密度にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 対称性エネルギーの密度依存性は、物質の不均一性に及ぼす磁場の影響をどのように調節するか？
• RQ4 磁場は、内部crustにおけるクラスター形成および陽子の過剰化をどの程度強化するか？
• RQ5 得られる構造的複雑性は、孤立X線パulsarで観測された抵抗性層を説明できるか？

主な発見

• ランダウ準位の満たされ方により、磁場によりバンド状の不連続なスピンodal構造が不安定領域に誘発される。特に高密度域で顕著である。
• 不安定（クラスター化）領域の延長は磁場強度に比例し、対称性エネルギーの剛性に強く依存する。L = 118 MeVのとき、不安定性はρ ≈ 0.16 fm⁻³まで拡大する。
• NL3モデル（L = 118 MeV）では不安定領域がρ ≈ 0.16 fm⁻³まで延びるが、L = 55 MeVではρ ≈ 0.113 fm⁻³で終了する。
• 陽子密度ゆらぎ/中性子密度ゆらぎ比δρp/δρnは著しく増加し、NL3では5倍に達する。これは、陽子分率が低くても（yp = 0.02）陽子を多く含むクラスターが形成されることを示唆する。
• 平均クラスターのサイズは密度に応じて振動を示し、特に均一物質への遷移付近で顕著になる。これにより構造的不均一性が強化される。
• 最も不安定なモードの増幅率は磁場が減少するにつれて低下し、B ≈ 4.4 × 10¹⁴ GでB = 0の状態に収束する。これにより、磁場の影響が有限かつ測定可能であることが確認される。